(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に液晶組成物を挟持した液晶表示装置の製造方法において、
少なくとも一方の基板上に着色されたフォトレジストを設け、
マスクを介して前記着色フォトレジストを２００ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で露光し、
露光された前記着色フォトレジストを現像することにより、所定のパターンを形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記着色フォトレジストは、黒色であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記着色フォトレジストにより、一対の基板間に所定のギャップを形成するために一方の基板に一体的に柱状スペーサを形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記着色フォトレジストは、赤色、緑色、青色のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記着色フォトレジストにより、一方の基板に一体的にカラーフィルタ層を形成することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
一対の基板間に液晶組成物を挟持した液晶表示装置の製造方法において、
少なくとも一方の基板上に着色されたフォトレジストを設け、
前記着色フォトレジスト上にマスクパターンをデフォーカス状態で露光し、
露光された前記着色フォトレジストを現像することにより、所定のパターンを形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記露光工程における照度は、２００ｍＷ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記着色フォトレジストは、黒色であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記着色フォトレジストは、赤色、緑色、青色のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置の製造方法に係り、特に、液晶表示装置を製造するフォトリソグラフィ工程における露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、アレイ基板と対向基板との間に液晶組成物を挟持して構成されている。このような液晶表示装置は、例えば、アレイ基板に一体に形成された柱状スペーサやカラーフィルタ層などの着色レジスト層を備えている。これらの着色レジスト層は、フォトリソグラフィ工程によりパターニングすることによって形成される。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程は、感光性のフォトレジストを塗布する塗布工程、塗布されたフォトレジストを所定のパターンを有するマスクを介して露光する露光工程、露光されたフォトレジストを現像する現像工程などからなる。
【０００４】
従来、露光工程では、２０乃至５０ｍＷ／ｃｍ２の照度でフォトレジストを露光している。これらの照度に対するフォトレジストの適正露光量すなわち適正露光感度は、例えば、４００ｍＪ／ｃｍ２であり、約８秒乃至１０秒の露光時間を要している。
【０００５】
フォトレジストは、所定波長の光を吸収することで光重合反応する光重合開始剤を含んでいる。この光重合開始剤は、酸素と反応しやすい特性を有している。このため、空気中に放置されている時間が長くなるほど、光重合開始剤の量が低減し、フォトレジスト自体の適正露光感度を低下する、すなわち適正な露光量を得るための露光量が増大する傾向にある。この結果、さらに露光時間が長くなるといった悪循環を生じる。
【０００６】
つまり、低照度でフォトレジストを露光する場合には、フォトレジストの適正露光感度が低下するため、露光時間が長くなり、さらに、フォトレジストに含まれる光重合開始剤の空気中に放置される時間が長くなり、さらに適正露光感度が低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、フォトレジストを露光するために必要な露光時間が長くなると、液晶表示装置の生産効率が低下するといった問題を発生する。
【０００８】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、効率よくフォトレジストを露光して、生産効率を向上することが可能な液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、
請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法は、
一対の基板間に液晶組成物を挟持した液晶表示装置の製造方法において、
少なくとも一方の基板上に着色されたフォトレジストを設け、
マスクを介して前記着色フォトレジストを２００ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で露光し、
露光された前記着色フォトレジストを現像することにより、所定のパターンを形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法は、
一対の基板間に液晶組成物を挟持した液晶表示装置の製造方法において、
少なくとも一方の基板上に着色されたフォトレジストを設け、
前記着色フォトレジスト上にマスクパターンをデフォーカス状態で露光し、
露光された前記着色フォトレジストを現像することにより、所定のパターンを形成することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の液晶表示装置の製造方法の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アレイ基板１００と、アレイ基板１００に対して所定の間隔をおいて対向配置された対向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００との間の所定のギャップに保持された液晶組成物を含む液晶層３００とを有している。
【００１３】
アレイ基板１００は、透明な絶縁性基板、すなわちガラス基板１０１上に配置された複数の走査線１０３、これらの走査線１０３に直交するように配置された信号線１０５、走査線１０３と信号線１０５との交差部近傍に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ、すなわちＴＦＴ１１０などを備えている。
【００１４】
また、アレイ基板１００は、走査線１０３及び信号線１０５によって区画された画素領域に設けられた画素電極１２０を備えている。この画素電極１２０は、ＴＦＴ１１０を介して信号線１０５に接続された透明導電性部材としてのＩＴＯによって形成されている。この画素電極１２０は、画像を表示する表示エリアにマトリクス状に配置されている。
【００１５】
この表示エリアの周囲は、遮光膜によって遮光された外周エリアによって囲まれている。この遮光膜は、着色レジスト層、例えば黒色レジスト層で形成されている。
【００１６】
走査線１０３及び信号線１０５の配線部は、アルミニウムやモリブデン−タングステンなどの遮光性を有する低抵抗材料によって形成されている。
【００１７】
ＴＦＴ１１０は、ガラス基板１０１上に配置された、チャネル領域１１２Ｃ、ソース領域１１２Ｓ、及び、ドレイン領域１１２Ｄを有するポリシリコン薄膜１１２を備えている。ＴＦＴ１１０のゲート電極１１４は、走査線１０３と一体に形成され、ゲート絶縁膜１１３を介してチャネル領域１１２Ｃ上に延出されている。
【００１８】
ＴＦＴ１１０のソース電極１１６Ｓは、ゲート絶縁膜１１３及び層間絶縁膜１１５を貫通してポリシリコン薄膜１１２のソース領域１１２Ｓにコンタクトするとともに信号線１０５と一体に形成されている。ＴＦＴ１１０のドレイン電極１１６Ｄは、ゲート絶縁膜１１３及び層間絶縁膜１１５を貫通してポリシリコン薄膜１１２のドレイン領域１１２Ｄにコンタクトしている。
【００１９】
また、アレイ基板１００は、層間絶縁膜１１５上、及びＴＦＴ１１０などの配線部上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）などによって形成されたパッシベーション膜１１９を備えている。
【００２０】
さらに、アレイ基板１００は、パッシベーション膜１１９上における各画素領域毎に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）にそれぞれ着色されたカラーフィルタ層１３０を備えている。これらのカラーフィルタ層１３０は、例えば、各画素列ごとに赤、緑、青の順にストライプ状に配列されている。これらのカラーフィルタ層１３０は、それぞれの色に着色された着色レジスト層によって形成されている。
【００２１】
画素電極１２０は、このカラーフィルタ層１３０上に配置されている。カラーフィルタ層１３０上に形成された画素電極１２０は、カラーフィルタ層１３０、及び、パッシベーション膜１１９に形成されたコンタクトホール１１８を介して、ＴＦＴ１１０のドレイン電極１１６Ｄに電気的に接続されている。
【００２２】
また、アレイ基板１００における非画素部上、すなわち走査線１０３や信号線１０５などの配線上や、ＴＦＴ１１０などのスイッチング素子上には、アレイ基板１００と対向基板２００との間に所定のギャップを形成するための柱状スペーサ１８０が設けられている。この柱状スペーサ１８０は、着色レジスト層、例えば黒色レジスト層で形成されている。
【００２３】
アレイ基板１００の表面には、カラーフィルタ層１３０や画素電極１２０、柱状スペーサ１８０を覆うように配向膜１６０が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、対向基板２００は、透明な絶縁性基板、すなわちガラス基板２０１上に配置された透明導電性部材としてのＩＴＯによって形成された対向電極２０３を備えている。対向電極２０３の表面は、液晶層３００に含まれる液晶組成物を基板に対して垂直な方向に配向する配向膜２０７によって覆われている。
【００２５】
これらのアレイ基板１００及び対向基板２００は、柱状スペーサ１８０によって所定のギャップを形成した状態で図示しないシール材によって貼り合わされる。液晶層３００は、このアレイ基板１００と対向基板２００との間に形成された所定のギャップに封入される。
【００２６】
また、アレイ基板１００及び対向基板２００の外表面には、偏光方向が例えば互いに直交するように配置された偏光板１７０、２１０がそれぞれ配置されている。
【００２７】
次に、この液晶表示装置の製造方法について説明する。
【００２８】
すなわち、厚さ０．７ｍｍのガラス基板１０１上に、ポリシリコン薄膜からなる半導体層１１２、ゲート絶縁膜１１３、走査線１０３と一体のゲート電極１１４、層間絶縁膜１１５、ソース電極１１６Ｓと一体の信号線１０５、ドレイン電極１１６Ｄ、パッシベーション膜１１９、カラーフィルタ層１３０、画素電極１２０、柱状スペーサ１８０、配向膜１６０を順に形成してアレイ基板１００を形成する。
【００２９】
これら、カラーフィルタ層１３０及び柱状スペーサは、所定の色に着色されたフォトレジストを塗布した後に所定の形状にパターニングされることによって形成される。すなわち、これらは、基板にフォトレジストを塗布する塗布工程、塗布されたフォトレジストを所定のパターンを有するマスクを介して露光する露光工程、露光されたフォトレジストを現像する現像工程、現像されたフォトレジストを焼成する焼成工程などを経て形成される。
【００３０】
一方、厚さ０．７ｍｍのガラス基板２０１上に、対向電極２０３、配向膜２０７を順に形成して対向基板２００を形成する。
【００３１】
続いて、対向基板２００の配向膜２０７の周辺に沿って接着剤を注入口を除いて印刷し、それぞれの配向膜１６０及び２０７が対向するように、且つ、それぞれのラビング方向が９０度となるように、アレイ基板１００及び対向基板２００を配置し、加熱して接着剤を硬化させ、両基板を貼り合わせる。
【００３２】
続いて、注入口から液晶組成物を注入し、この注入口を紫外線硬化樹脂によって封止する。
【００３３】
このようにして、液晶表示装置を製造する。
【００３４】
ところで、このような液晶表示装置に適用されるアレイ基板の製造方法において、着色レジスト層を形成するためのパターニング工程についてより詳細に説明する。
【００３５】
すなわち、塗布工程では、アレイ基板１００の全面に、例えば所定の色の顔料を分散した紫外線硬化型着色レジストをスピンナーにより塗布した後、乾燥する。
【００３６】
続いて、露光工程では、所定のパターン形状に対応したフォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で２００ｍＷ／ｃｍ２以上の高照度で着色レジスト層を露光する。このとき、フォトマスクのパターンは、着色レジスト層上にジャストフォーカスされた状態で露光される。また、このときの露光時間は、着色レジストの照度に対する適正露光感度に基づいて決定される。
【００３７】
例えば、着色レジストが図３に示すような露光照度（ｍＷ／ｃｍ２）に対する適正露光感度特性を有している場合について説明する。約２００ｍＷ／ｃｍ２の照度で露光された場合、図３に示すように、適正露光感度は、約２８０ｍＪ／ｃｍ２となり、適正露光感度を達成するために必要な露光時間は、約１．４秒となる。また、約３００ｍＷ／ｃｍ２の照度で露光された場合、図３に示すように、適正露光感度は、約２５０ｍＪ／ｃｍ２となり、適正露光感度を達成するために必要な露光時間は、約０．８秒となる。
【００３８】
したがって、２００ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で着色レジストを露光した場合、適正露光感度を達成するために必要な露光時間を、１．５秒以下とすることができ、着色レジストの露光時間を大幅に低減することが可能となる。
【００３９】
続いて、現像工程では、露光された着色レジスト層を所定のｐＨに調整された現像液により所定時間現像し、不要な着色レジスト層を除去する。続いて、焼成工程では、現像されて残留した着色レジスト層を所定温度で所定時間焼成することにより、所定パターンの着色レジスト層が形成される。
【００４０】
このように、着色レジストを２００ｍＷ／ｃｍ２以上の比較的高照度で露光することにより、露光時間を短縮することが可能となる。このため、感光性着色レジスト（フォトレジスト）が酸素中に放置される時間を短縮することが可能となり、感光性着色レジストに含まれる光重合開始剤の酸化を防止することが可能となる。
【００４１】
これにより、感光性着色レジストの適正露光感度の低下を防止することが可能となり、さらに露光時間を短縮することが可能となる。したがって、着色レジストを露光するために必要な露光時間の短縮により、液晶表示装置の生産効率を向上することが可能となる。
【００４２】
例えば、アレイ基板１００に、赤、緑、青にそれぞれ着色されたカラーフィルタ層１３０を形成する場合について説明する。
【００４３】
すなわち、塗布工程では、アレイ基板１００の層間絶縁膜１１５上に、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布した後、乾燥する。
【００４４】
続いて、露光工程では、赤色の画素に対応した部分、すなわちアレイ基板１００における赤色の画素領域に対応した形状のフォトマスクを介して、紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを３６５ｎｍの波長で、２００ｍＷ／ｃｍ2以上の照度で適正露光感度を満たすような露光時間で露光する。
【００４５】
続いて、現像工程では、露光した紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の１％水溶液で１０秒間現像する。続いて、焼成工程では、現像することによって残留した紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを、２３０℃で１時間焼成する。これにより、アレイ基板１００の赤色画素領域に、例えば膜厚３．０μｍの赤色のカラーフィルタ層１３０を形成する。
【００４６】
同様にして、アレイ基板１００の層間絶縁膜１１５上に、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを塗布し、露光し、現像し、焼成することにより、緑色画素領域に、例えば膜厚３．０μｍの緑色のカラーフィルタ層１３０を形成する。
【００４７】
また、同様にして、アレイ基板１００の層間絶縁膜１１５上に、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを塗布し、露光し、現像し、焼成することにより、青色画素領域に、例えば膜厚３．０μｍの青色のカラーフィルタ層１３０を形成する。
【００４８】
また、例えば、アレイ基板１００に、黒色に着色された柱状スペーサ１８０及び表示エリア周辺の遮光膜を形成する場合について説明する。
【００４９】
すなわち、塗布工程では、アレイ基板１００のカラーフィルタ層１３０上に、感光性黒色樹脂レジストをスピンナーを用いて例えば３μｍの膜厚に塗布した後、９０℃で１０分間乾燥する。
【００５０】
続いて、露光工程では、所定のパターン形状、すなわちアレイ基板における非画素部のパターン及び柱状スペーサのパターンに対応した形状のフォトマスクを介して、感光性黒色樹脂レジストを３６５ｎｍの波長で、２００ｍＷ／ｃｍ2以上の照度で適正露光感度を満たすような露光時間で露光する。
【００５１】
続いて、現像工程では、露光した感光性黒色樹脂レジストを、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像する。続いて、焼成工程では、現像することによって残留した感光性黒色樹脂レジストを、２００℃で６０分間焼成する。これにより、アレイ基板１００に遮光膜及び柱状スペーサ１８０を形成する。
【００５２】
このように、カラーフィルタ層１３０や、遮光膜、及び柱状スペーサを感光性の着色レジストで形成する場合、を２００ｍＷ／ｃｍ２以上の比較的高照度で露光することにより、着色レジストの適正露光感度を向上することが可能となる。
すなわち、着色レジストを適正露光するために必要な露光量を低減することが可能となる。
【００５３】
このため、着色レジストを適正露光するための露光時間を短縮することが可能となる。これにより、液晶表示装置の生産効率を向上することが可能となる。
【００５４】
上述した実施の形態では、アレイ基板の製造方法における着色レジスト層のパターニング工程では、露光工程において、フォトマスクパターンを着色レジスト層上にジャストフォーカスした状態で着色レジスト層を露光している。しかしながら、この露光工程において、フォトマスクパターンを着色レジスト層上にデフォーカスした状態で着色レジスト層を露光することにより、さらに、露光時間を短縮することが可能となる。
【００５５】
例えば、着色レジストが図３に示すような露光照度（ｍＷ／ｃｍ２）に対する適正露光感度特性を有している場合について説明する。なお、ここでは、デフォーカス量として、着色レジスト層表面から７０μｍだけ結像面を移動した場合について説明する。約２００ｍＷ／ｃｍ２の照度で露光された場合、図３に示すように、適正露光感度は、約２２０ｍＪ／ｃｍ２となり、適正露光感度を達成するために必要な露光時間は、約１．１秒となる。また、約３００ｍＷ／ｃｍ２の照度で露光された場合、図３に示すように、適正露光感度は、約２００ｍＪ／ｃｍ２となり、適正露光感度を達成するために必要な露光時間は、約０．６秒となる。
【００５６】
したがって、２００ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で着色レジストを露光し、且つ、着色レジストをデフォーカス状態で露光した場合、適正露光感度を達成するために必要な露光時間を、さらに短縮することができ、着色レジストの露光時間を大幅に低減することが可能となる。
【００５７】
また、着色レジストをデフォーカス状態で露光した場合には、更なる利点がある。
【００５８】
すなわち、図４の（ａ）は、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合及びデフォーカス状態で露光した場合、それぞれの露光された着色レジストを現像するための現像時間に対する着色レジストの侵食率の関係の一例を示す図である。このとき、現像時間以外の現像条件、例えば着色レジストの種類、露光量、現像液の種類、ｐＨ、温度などは、同一であるものとする。なお、露光量は、２５０ｍＪ／ｃｍ２である。
【００５９】
ここで、侵食率とは、図４の（ｂ）に示すように、着色レジスト表面の幅をＡ、着色レジストの基板側の幅をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／Ａで与えられるものとする。
【００６０】
図４の（ａ）に示したように、着色レジストの残渣が生じない場合の適正現像時間から、着色レジストを許容範囲の侵食率まで過剰に現像する場合の許容現像時間までの現像マージン時間は、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合よりデフォーカス状態で露光した場合の方が長い。
【００６１】
例えば、着色レジストが図４の（ａ）に示したような現像時間に対する侵食率特性を有している場合について説明する。侵食率の許容範囲を２０%とした場合、ジャストフォーカス時の適正現像時間は約４１秒であり、許容現像時間は約５６秒である。これにより、ジャストフォーカス時の現像マージン時間は、１５秒である。これに対して、デフォーカス時の適正現像時間は約４１秒であり、許容現像時間は約６１秒である。これにより、デフォーカス時の現像マージン時間は、２０秒である。
【００６２】
このように、着色レジストを現像するための現像マージン時間が長くなることにより、現像条件の管理を緩和することができ、着色レジストを現像するために関わる装置の負荷を低減することが可能となる。これにより、液晶表示装置の生産効率を向上することが可能となる。
【００６３】
さらに、図５は、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合及びデフォーカス状態で露光した場合、それぞれの適正露光量に対する現像マージン時間の関係の一例を示す図である。
【００６４】
図５に示すように、所定の現像マージン時間を確保する必要がある場合、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合より、デフォーカス状態で露光した場合の方が適正露光量を低減することができる。
【００６５】
例えば、着色レジストが図５に示したような適正露光量に対する現像マージン時間特性を有している場合について説明する。同一の現像マージン時間、例えば１５秒を確保する必要がある場合、ジャストフォーカス時の適正露光量は、２５０ｍＪ／ｃｍ２であり、デフォーカス時の適正露光量は、１７０ｍＪ／ｃｍ２である。
【００６６】
このように、所定の現像マージン時間を確保するために必要な適正露光量は、ジャストフォーカス時よりデフォーカス時の方が低減できる。このため、同一の照度で露光した場合、ジャストフォーカス時よりデフォーカス時の方がより露光時間を短縮することが可能となる。これにより、液晶表示装置の生産効率を向上することが可能となる。
【００６７】
なお、上述した露光照度に対する適正露光感度特性、現像時間に対する侵食率特性、適正露光量に対する現像マージン時間特性は、一例であり、着色レジストの種類によって各特性は異なるが、いずれの着色レジストの場合であっても、ジャストフォーカス時とデフォーカス時との大小関係が逆転することはない。
【００６８】
また、上述した実施の形態では、デフォーカス時において、結像面を着色レジスト表面から７０μｍだけ移動したが、デフォーカス量がこれより少ない場合には、ジャストフォーカス時の特性に近づき、デフォーカス量がこれより多い場合には、ジャストフォーカス時の特性からより離れる傾向にある。また、これらの関係も一例であって、着色レジストの種類によってジャストフォーカス時の特性に近づく割合及びジャストフォーカス時の特性から離れる割合が異なることは言うまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、効率よくフォトレジストを露光して、生産効率を向上することが可能な液晶表示装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の製造方法によって製造される液晶表示装置のアレイ基板の構造を概略的に示す平面図である。
【図２】図２は、この発明の製造方法によって製造される液晶表示装置の断面構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合及びデフォーカス状態で露光した場合、それぞれの露光照度に対する適正露光感度の関係の一例を示す図である。
【図４】図４の（ａ）は、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合及びデフォーカス状態で露光した場合、それぞれの露光された着色レジストを現像するための現像時間に対する着色レジストの侵食率の関係の一例を示す図であり、図４の（ｂ）は、侵食率を説明するための図である。
【図５】図５は、着色レジストをジャストフォーカス状態で露光した場合及びデフォーカス状態で露光した場合、それぞれの適正露光量に対する現像マージン時間の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１００…アレイ基板
１０３…走査線
１０５…信号線
１１０…ＴＦＴ
１２０…画素電極
１３０…カラーフィルタ層
１８０…柱状スペーサ
２００…対向基板
３００…液晶組成物（液晶層）
【図１】
0004535624.tif 000002
【図２】
0004535624.tif 000003
【図３】
0004535624.tif 000004
【図４】
0004535624.tif 000005
【図５】
0004535624.tif 000006